Atualmente, um dos principais objetivos das agências espaciais e aeroespacial comercial é reduzir os custos associados à exploração espacial. Quando se trata disso, ainda é muito caro enviar foguetes para a órbita, não importando de enviá-los para além da Terra. Mas não é apenas o custo de enviar cargas úteis para o espaço (e a poluição que isso causa) que preocupa agências como a NASA.
Há também o custo (econômico e ambiental) associado à aviação. O combustível de aviação também não é barato, e as viagens aéreas comerciais são responsáveis por 4 a 9% dos gases de efeito estufa antropogênicos (e estão aumentando). Por esse motivo, a NASA fez uma parceria com a indústria comercial para desenvolver aeronaves elétricas , que eles esperam fornecer uma alternativa econômica e econômica aos jatos comerciais até 2035.
Isso representa um desafio significativo, já que muitos dos componentes necessários para criar uma aeronave elétrica em funcionamento são grandes e pesados. Em particular, o Programa Avançado de Veículos Aéreos da NASA (AAVP) procura inversores leves e compactos - um componente central de um sistema elétrico que fornece energia para acionar o motor elétrico.
Os inversores são críticos para os sistemas de propulsão eletrônica, pois convertem a corrente alternada (CA) - gerada por geradores montados no motor e os motores elétricos acionados por hélices - na potência de corrente contínua (CC) de alta tensão. Infelizmente, os componentes necessários para gerar essa quantidade de energia - geradores, eletrônicos de conversão de energia, motores etc. - historicamente têm sido grandes e pesados demais para caber em uma aeronave.
Isso cria uma espécie de enigma, uma vez que a quantidade de energia necessária para gerar a elevação necessária exigiria eletrônicos ainda mais pesados. Por isso, a NASA está investigando a ciência de materiais de ponta para criar eletrônicos mais leves e menores. Para esse fim, eles recentemente assinaram um contrato de US $ 12 milhões com a General Electric (GE), uma das líderes mundiais no desenvolvimento da tecnologia de ponta de carboneto de silício (SiC).
Esse mineral semicondutor é usado na fabricação de eletrônicos de alta temperatura e alta voltagem, e a GE espera usá-lo para atender aos requisitos de tamanho, potência e eficiência especificados pela NASA. Essas especificações exigem um inversor que não seja maior que uma mala e capaz de gerar um megawatt (MW) de eletricidade.
Como Jim Heidmann, gerente do Projeto Avançado de Tecnologia de Transporte Aéreo da NASA, explicou em um comunicado de imprensa da NASA :
“Estamos em um momento crítico da história da aviação, porque temos a oportunidade de desenvolver sistemas que reduzirão custos, consumo de energia e ruído, enquanto abrimos novos mercados e oportunidades para empresas americanas. É essencial que trabalhemos com a indústria e a academia para garantir que as tecnologias certas estejam disponíveis para atender às demandas de futuros passageiros e transportadoras. ”
A GE e a NASA se associaram a um programa de US $ 12 milhões para avançar no vôo elétrico. Crédito: GE Research
Simplificando, um megawatt é uma tremenda quantidade de eletricidade e, gerenciar esse tipo de energia com segurança é um grande desafio. Por exemplo, a NASA - Single-aisle Turboelectric Aircraft with an Aft Boundary-Layer (STARC-ABL) - que utiliza tecnologias avançadas de propulsão para reduzir o uso de combustível, emissões e ruído - requerem 2,4 MW de energia para operar, o que é eletricidade suficiente para administrar 2.000 residências.
Mas, graças aos avanços realizados no campo da eletrônica e da tecnologia de motores híbridos nos últimos anos, esses requisitos podem estar ao seu alcance. Disse Amy Jankovsky, gerente do subprojeto Hybrid Gas-Electric Propulsion no Centro de Pesquisa Glenn da NASA:
“Com os recentes avanços em materiais e eletrônica de potência, estamos começando a superar os desafios enfrentados no desenvolvimento de conceitos de eletrificação com redução de energia, e esse trabalho com inversores é uma etapa crítica em nossos esforços de propulsão de aeronaves eletrificadas. Nossa parceria com a GE é essencial para o avanço de componentes de peso e prontos para o vôo na classe de megawatts para futuras aeronaves de transporte. ”
O carboneto de silício é especialmente promissor para aplicações de aviação de alta potência devido às suas propriedades materiais. Oferece altas temperaturas de operação, alta tensão e alta capacidade de manuseio de energia. Essas vantagens permitirão aos engenheiros a capacidade de projetar componentes menores e mais leves, além de aumentar a potência.
Conceito artístico do avião X-57 Maxwell da NASA, um novo avião X elétrico que é mais silencioso, mais eficiente e mais ecológico. Créditos: NASA Langley / Laboratório de conceitos avançados, AMA, Inc
"Essencialmente, estamos empacotando um megawatt de energia no tamanho de uma mala compacta que converterá energia elétrica suficiente para permitir arquiteturas de propulsão híbrida-elétrica para aviões comerciais", disse Konrad Weeber, engenheiro-chefe de Energia Elétrica da GE Research. "Construímos e demonstramos com sucesso inversores no nível do solo que atendem aos requisitos de potência, tamanho e eficiência do voo elétrico".
O desenvolvimento desses sistemas elétricos está ocorrendo atualmente na NASA Electric Aircraft Testbed (NEAT), em Sandusky, Ohio, que era anteriormente a Nasa Glenn Hypersonic Tunnel Facility da NASA. O primeiro de seu tipo, esse banco de testes reconfigurável é encarregado de projetar, desenvolver, montar e testar os sistemas de energia de aeronaves elétricas que criarão tudo, desde aeronaves de duas pessoas até aviões de 20 MW.
Em maio, a NEAT pôde realizar seu primeiro teste em escala de megawatts, graças às enormes quantidades de energia às quais a instalação tem acesso. Essa parceria recém-assinada com a GE ocorre logo após a NASA anunciar outra parceria lucrativa com a GE e duas grandes empresas aeroespaciais - Boeing e United Technologies Pratt & Whitney - para estudar os possíveis benefícios e riscos de demonstrações de voo em escala de megawatts.
Como Barb Esker, vice-diretor do Programa de Veículos Aéreos Avançados da NASA, colocou:
"As demonstrações de voo são uma parte importante do desenvolvimento da tecnologia, porque oferecem aos nossos engenheiros e parceiros do setor a oportunidade de resolver problemas e provar conceitos em um ambiente realista, enquanto abordam os desafios enfrentados pela propulsão eletrificada na aviação".
Entre a ameaça da mudança climática e o fato de que a população mundial deve chegar perto de 10 bilhões em 2050 , fica claro que meios alternativos de manufatura, produção de energia e transporte precisam ser desenvolvidos. É bom saber que, além dos carros elétricos e híbridos, podemos esperar aviões elétricos e híbridos.
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